(SKKN CHẤT 2020) hướng dẫn học sinh giải tốt bài tập về chuyển động thẳng biến đổi đều trong chương trình vật lý lớp 10

Tên sáng kiến: HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI TỐT BÀI TẬP VỀ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 2.. Chúng cung cấp cho các em học sinh những hiểu biết cơ bản về các

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

     

MÔ TẢ SÁNG KIẾN

Mã số:

1 Tên sáng kiến:

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI TỐT BÀI TẬP VỀ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10

2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Công tác chuyên môn

3 Mô tả bản chất của sáng kiến:

3.1 Tình trạng giải pháp đã biết

Vật lý học nghiên cứu các dạng chuyển động, các quá trình biến đổi…và cấu tạo của các vật thể

Đó là một trong các môn khoa học tự nhiên quan trọng nhất của chương trình Trung học phổ thông Các em học sinh đã bắt đầu học môn Vật lý từ các lớp Trung học cơ sở Nhưng từ lớp 10, môn Vật lý mới được trình bày một cách hệ thống, sâu sắc và đầy đủ hơn

Phần “Cơ học” là phần mở đầu của chương trình Vật lý lớp 10, nó đóng một vai trò rất quan trọng Chúng cung cấp cho các em học sinh những hiểu biết cơ bản về các chuyển động đơn giản trong đời sống hàng ngày, giúp học sinh hiểu được các phương trình cơ bản của các chuyển động đó, cũng như giúp học sinh biết cách xác định vị trí, thời gian, vận tốc… của một vật chuyển động Một loại chuyển động mà học sinh được tìm hiểu trong chương trình Vật lí 10 là chuyển động thẳng biến đổi đều Bài tập về chuyển động này rất phong phú và đa dạng nên khi giải bài tập học sinh thường gặp nhiều khó khăn Hơn nữa, đây là phần mở đầu, chuyển giao từ Trung học cơ sở lên Trung học phổ thông nên đa phần học sinh còn nhiều bỡ ngỡ, vướng mắc, nếu không thông vấn đề này sẽ làm ảnh hưởng không tốt đến thái độ học môn Vật lý của các em Vì vậy, việc rèn luyện cho các em một

kĩ năng để giải các bài toán là một yêu cầu cần thiết

3.2 Nội dung giải pháp đề nghị công nhận là sáng kiến:

- Mục đích của giải pháp: Trong quá trình giảng dạy tôi nhận thấy phần lớn học sinh gặp khó

khăn khi giải các bài tập về chuyển động thẳng biến đổi đều, do đó nội dung sáng kiến nhằm phần nào tháo gỡ những vướng mắc cho các em khi làm các bài tập này, cũng như giúp các em hứng thú,

yêu thích môn học vật lí hơn Qua sáng kiến, tôi mong muốn cung cấp cho các em một số kĩ năng cơ bản trong việc giải một số dạng bài tập về chuyển động thẳng biến đổi đều

- Nội dung giải pháp: Muốn giải bài tập được tốt, học sinh cần phải nắm vững lý thuyết Do đó

trước tiên, tôi tóm tắt những nội dung chính và những vấn đề cần lưu ý khi nghiên cứu về chuyển

động thẳng biến đổi đều

I ĐỘ LỚN CỦA VẬN TỐC TỨC THỜI:

Vận tốc tức thời là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của chuyển động tại một thời điểm nào đó

Trong đó : v: là vận tốc tức thời (m/s)

∆s: là quãng đường rất ngắn (m)

∆t: là thời gian rất nhỏ (s)

* Lưu ý: Vectơ vận tốc tức thời của một vật tại một điểm có gốc tại vật chuyển động, có hướng của

chuyển động và có độ dài tỉ lệ với độ lớn của vận tốc tức thời theo một tỉ xích nào đó

II CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU:

Trong chuyển động thẳng biến đổi đều, độ lớn của vận tốc tức thời hoặc tăng đều, hoặc giảm đều theo thời gian

1 Khái niệm gia tốc:

Gia tốc là một đại lượng vectơ đặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của vận tốc

có:

a.v > 0)

a.v < 0)

+ Điểm đặt (hay gốc): tại vật chuyển động

+ Phương: cùng phương với vectơ vận tốc

+ Chiều:

• Nếu chuyển động thẳng nhanh dần đều thì: cùng chiều với (hay a cùng dấu với v,

v

• Nếu chuyển động thẳng chậm dần đều thì: ngược chiều với (hay a trái dấu với v,

●

v

0

v●

download by : skknchat@gmail2.com

+ Độ lớn:

Trong đó: a là gia tốc (m/s2)

∆v là độ biến thiên vận tốc (m/s)

∆t là độ biến thiên thời gian (s)

Lưu ý: Trong chuyển động thẳng đều thì: a = 0

2 Công thức tính vận tốc:

Trong đó : v0 : là vận tốc đầu (m/s)

v : là vận tốc sau (m/s) (t – t0): là thời gian chuyển động (s)

t0 = số chỉ đồng hồ - gốc thời gian

* Nếu lấy gốc thời gian ở thời điểm t 0 (t 0 = 0) thì:

* Đồ thị vận tốc theo thời gian: là một đường thẳng cắt trục tung tại Độ dốc là gia tốc a.

+ Giao điểm của đồ thị với trục thời gian: vật dừng lại

+ Hai đồ thị song song: hai chuyển động có cùng gia tốc

3 Công thức tính quãng đường đi được:

* Nếu lấy gốc thời gian ở thời điểm t 0 (t 0 = 0) thì: s = v o t + at 2

4 Công thức liên hệ giữa gia tốc, vận tốc và quãng đường: v2 - v0 2 = 2as

5 Phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều:

* Nếu lấy gốc thời gian ở thời điểm t 0 (t 0 = 0) thì: x = xo + vot + at 2

Trên đây là những điểm trọng tâm và những điều cần lưu ý của nội dung kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều Qua đó, ta có thể phân loại các dạng bài tập vận dụng như sau:

Dạng 1: Tính gia tốc, vận tốc, thời gian và quãng đường trong chuyển động thẳng biến đổi đều

Yêu cầu cần đạt: vận dụng được các công thức:

v = v0 + at

v2 - = 2as

s = v0t + at2

x = x0 + v0t + at2

(Lưu ý học sinh: Vật chuyển động từ trạng thái nghỉ (bắt đầu chuyển động) thì: v 0 =

0 Vật dừng lại v = 0.)

Bài toán 1: Một đoàn tàu đang chạy với vận tốc 36km/h thì hãm phanh, sau 10s thì dừng hẳn lại.

a Tìm gia tốc của đoàn tàu

b Sau 4s, kể từ lúc hãm phanh, tàu đi được quãng đường bao nhiêu?

Giải Chọn chiều dương là chiều chuyển động của đoàn tàu

Chọn gốc thời gian là thời điểm đoàn tàu hãm phanh

a) Ta có: v = v0 + at

Tàu dừng: v = 0 10 + a.10 = 0 a = - 1 m/s2

(Lưu ý học sinh: giá trị âm của gia tốc ở đây là do vectơ gia tốc ngược chiều chuyển động của tàu hay vì tàu chuyển động chậm dần nên gia tốc ngược dấu với vận tốc) Ngoài ra, đối với những học sinh yếu cần lưu ý việc đổi đơn vị.)

b) Quãng đường tàu đi trong 4s:

s = v0t + at2 = 10.4 – 0,5.42 = 32 m

Bài toán 2: Một ôtô đang chuyển động với vận tốc 36km/h thì xuống dốc chuyển động nhanh

dần đều với gia tốc 0,1m/s2 đến cuối dốc đạt vận tốc 72km/h

a Tìm thời gian ôtô đi hết dốc

b Chiều dài của dốc là bao nhiêu?

c Tìm vận tốc của ôtô khi đi được nửa dốc Còn bao lâu nữa thì ôtô xuống hết dốc

Giải Chọn chiều dương là chiều chuyển động của ôtô

Chọn gốc thời gian là thời điểm ôtô có vận tốc 36km/h

a) Thời gian ôtô đi hết dốc:

v = v0 + at

20 = 10 + 0,1t t = 100s

b) Chiều dài của dốc v2 - = 2.a.s

202 – 102 = 2.0,1.s

s = 1500 m

(Lưu ý học sinh: có thể tính chiều dài dốc theo cách khác, từ đó nhằm giúp học sinh vận dụng tốt các công thức đã học.)

c) Khi ôtô đi được nửa dốc thì: s1 = 750 m Vận tốc của ôtô khi đi được nửa dốc:

= 2.a.s1

- 102 = 2.0,1.750

= 250 v1 15,81 m/s

Thời gian ôtô đi nửa dốc còn lại:

v = v1 + at1

20 = 15,81 + 0,1.t1 t1 = 41,9 s

(Để giúp học sinh có thể hiểu rõ hơn về tính chất của loại chuyển động này, có thể đưa ra nhận xét: thời gian để ôtô đi nửa quãng đường đầu là: 100 – 41,9 = 58,1 s Tức là ôtô chuyển động nửa quãng đường cuối mất ít thời gian hơn nửa quãng đường đầu, lí do vì ôtô chuyển động nhanh dần đều, càng lúc chuyển động càng nhanh hơn.)

Bài toán 3: Một vật chuyển động theo phương trình: x = 4t2 + 20t (cm; s)

a Tính quãng đường vật đi từ t1 = 2s đến t2 = 5s

b Tính vận tốc lúc t = 3s Trong giây thứ 3, vận tốc vật tăng thêm bao nhiêu?

Giải

Nhận xét: Để giúp học sinh giải được dạng bài toán liên quan đến phương trình chuyển động cho trước như thế này, trước tiên cần hướng dẫn học sinh đối chiếu phương trình đã cho với dạng phương trình tổng quát để xác định các đại lượng: x 0 , v 0 , a Từ đó, học sinh có thể xác định được đặc điểm của chuyển động này.

a) Ta có: x0 = 0; v0 = 20 cm/s; a = 8 cm/s2.

(Lưu ý: học sinh có thể nhằm lẫn tính quãng đường vật đi được từ t 1 = 2s đến t 2 = 5s bằng cách thế khoảng thời gian đi tương ứng lúc này là 3s vào phương trình quãng đường như sau:

s = 20.3 + 8.3 2 Do đó, cần lưu ý học sinh công thức: s = v 0 t + at 2 dùng để xác định quãng đường vật đi được sau t giây kể từ lúc vật có vận tốc v 0 )

Quãng đường vật đi sau 2 s:

s1 = 20.2 + 4.22 = 56 cm

Quãng đường vật đi sau 5 s:

s2 = 20.5 + 4.52 = 200 cm

Quãng đường vật đi được từ t1 = 2s đến t2 = 5s là: 200 – 56 = 144 cm

Nhận xét: có thể hướng dẫn học sinh tính quãng đường theo cách khác nhằm giúp học sinh vận dụng tốt hơn về công thức này.

Cách khác: Vận tốc vật lúc t = 2 s: v = v0 + a.t = 20 + 8.2 = 36 cm/s

Quãng đường vật đi được từ t1 = 2s đến t2 = 5s (tức thời gian đi của vật là 3s):

b) Vận tốc vật lúc t = 3s: v = v0 + a.t = 20 + 8.3 = 44 cm/s

Trong giây thứ 3, vận tốc của vật tăng thêm 8 cm/s Vì vật chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 8 cm/s2 nên cứ sau mỗi giây vận tốc vật sẽ tăng thêm 8 cm/s

Dạng 2: Tìm thời điểm và vị trí hai chất điểm gặp nhau, khoảng cách giữa hai chất điểm.

Yêu cầu cần đạt: Xác định đúng loại chuyển động Nắm được các bước để giải bài toán dạng

này; từ hệ quy chiếu đã chọn, viết được phương trình chuyển động của chất điểm

Đây là dạng bài tập học sinh đã được gặp ở chuyển động thẳng đều, vì vậy có thể yêu cầu học sinh đưa ra phương pháp chung:

- Chọn hệ quy chiếu: chọn trục tọa độ, chọn gốc thời gian

- Lập phương trình chuyển động cho từng chất điểm từ phương trình tổng quát:

x = x0 + v0(t – t0) + a(t – t0)2

Có thể 1 trong 2 chất điểm chuyển động thẳng đều theo phương trình:

- Khi 2 chất điểm gặp nhau thì hai vật cùng có chung một tọa độ: x1 = x2 Giải phương trình tìm các ẩn của bài toán

- Khoảng cách giữa 2 chất điểm tại thời điểm t là: Δx = x =

(Lưu ý học sinh: Khi viết phương trình chuyển động của 2 vật, trước tiên phải xác định vật chuyển động cùng hay ngược chiều dương để suy ra dấu của vận tốc, tiếp theo xác định dấu của gia tốc: nếu vật chuyển động nhanh dần đều thì gia tốc và vận tốc cùng dấu, nếu vật chuyển động chậm dần đều thì gia tốc và vận tốc trái dấu.)

Bài toán: Một xe có vận tốc tại A là 20 m/s, chuyển động nhanh dần đều về B với gia tốc 0,8 m/

s2 Cùng lúc đó, một xe khác bắt đầu khởi hành từ B đến A chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 0,8 m/s2 A và B cách nhau 375 m

b Tìm quãng đường 2 xe đi được khi gặp nhau

c Xác định thời điểm khi khoảng cách giữa 2 xe là 30 m Giải

Chọn gốc tọa độ tại A, chiều dương là chiều từ A đến B, gốc thời gian lúc xe đi từ B khởi hành Phương trình chuyển động của 2 xe:

xA = 20t + 0,4t2

xB = 375 – 0,4t2

Khi 2 xe gặp nhau thì: xA = xB

20t + 0,4t2 = 375 – 0,4t2

Vậy: 2 xe gặp nhau tại vị trí cách A là: x = xA = 20.12,5 + 0,4.12,52 = 312,5 m

b) Quãng đường 2 xe đi được khi gặp nhau Xe đi từ A là: sA = 312,5 m

Xe đi từ B là: sB = 375 – 312,5 = 62,5 m

c) Theo đề bài khoảng cách giữa 2 xe là: Δx = x = = 30 m

(Lưu ý học sinh: đối với câu hỏi này phải xét 2 trường hợp là: x 1 – x 2 = 30 và x 2 – x 1 = 30 (điều kiện t > 0)

x1 – x2 = 30 20t + 0,4t2 – 375 + 0,4t2 = 30 t 13,24 s

x2 – x1 = 30 375 – 0,4t2 – 20t – 0,4t2 = 30 t 11,74 s

Vậy sau 11,74s và 13,24s kể từ khi xe đi từ B khởi hành thì khoảng cách giữa 2 xe là 30 m Dạng 3:

Bài toán về đồ thị

Yêu cầu cần đạt: Biết cách thu thập thông tin từ đồ thị Nhận biết được loại chuyển động của

vật Vẽ được các dạng đồ thị

Ở phần chuyển động thẳng đều, học sinh đã được làm quen với việc vẽ đồ thị nên cũng có nhiều thuận lợi khi tìm hiểu dạng bài tập này Tuy nhiên, để có thể giải được dạng bài tập này học sinh cần nắm vững dạng các đồ thị

Bài toán 1: Cho đồ thị vận tốc theo thời gian của một vật chuyển động thẳng.

10 t (s)

b Viết phương trình chuyển động của vật, cho biết

vật bắt đầu chuyển động từ tọa độ x0 = 100 m Vẽ đồ thị

- 40

tọa độ - thời gian của vật

(Lưu ý học sinh: các em có thể nhằm lẫn giữa chuyển

động thẳng đều và chuyển động thẳng biến đổi đều Do đó trước tiên, cần biết đây là đồ thị gì? Đường biểu diễn là đường gì? Từ đó suy ra dạng chuyển động của vật.)

a) ● Giai đoạn 1 (0 t 4s): vật chuyển động thẳng chậm dần đều ngược chiều dương, vận tốc

có độ lớn giảm từ 40 m/s đến 0 m/s

Gia tốc của vật: a1 = = 10 m/s2

Phương trình vận tốc của vật: v1 = - 40 + 10t

● Giai đoạn 2 (4s t 10s): vật chuyển động thẳng nhanh dần đều ngược chiều dương, vận tốc có độ lớn tăng từ 0 m/s đến 60 m/s

Gia tốc của vật: a2 = = - 10 m/s2

Phương trình vận tốc của vật: v2 = 0 – 10 (t – 4) = 40 – 10t

(Lưu ý: học sinh thường viết sai phương trình ở giai

đoạn 2, cần lưu ý học sinh thời điểm đầu của giai đoạn

này không trùng với mốc thời gian nên t 0 ≠ 0.)

b) Phương trình chuyển động của vật:

● Giai đoạn 1: x1 = 100 – 40t + 5t2 Khi t = 4s thì:

x1 = 100 – 40.4 + 5.42 = 20 m

● Giai đoạn 2: x2 = 20 – 5 (t – 4)2

x (m) 100

download by : skknchat@gmail8-160.com

x2 = - 5t2 + 40t – 60.

(Lưu ý: Nhiều học sinh trong giai đoạn 2 sẽ thế x 0 = 100 m Cần nhắc học sinh tọa độ đầu của giai đoạn 2 ứng là vị trí ứng với thời điểm t = 4 s Khi vẽ đồ thị phải lưu ý đến giới hạn của đồ thị, tức

là điểm bắt đầu và kết thúc của đường biểu diễn.)

● Giai đoạn 1: t = 0 → x = 100m; t = 4 s → x = 20m

● Giai đoạn 2: t = 10 s → x = - 160m; x = 0 → t = 6s

Bài tốn 2: Hai vật chuyển động thẳng biến đổi đều cĩ v (m/s)

các đồ thị vận tốc – thời gian như hình bên Hãy nêu các đặc 20 Vật 1

+ Từ t0 = 0 đến t1 = 8s chuyển động thẳng chậm dần đều cùng chiều dương, vận tốc cĩ độ lớn giảm từ 20m/s đến 0 Gia tốc của vật là:

+ Từ t1 = 8 s đến t2 = 12 s: chuyển động thẳng nhanh dần đều ngược chiều dương, vận tốc

cĩ độ lớn tăng từ 0 đến 10m/s Gia tốc của vật là:

+ Từ t0 = 2s đến t1 = 6s chuyển động thẳng chậm dần đều ngược chiều dương, vận tốc cĩ

độ lớn giảm từ 10 m/s đến 0 Gia tốc của vật là:

a = = 2,5 m/s2 + Từ t1 = 6s đến t2 = 10s: vật chuyển động nhanh dần đều cùng chiều dương, vận tốc cĩ

độ lớn tăng từ 0 đến 10 m/s Gia tốc của vật là:

a = = 2,5 m/s2 + Từ t2 = 10 s đến t3 = 12 s: vật chuyển động thẳng đều với vận tốc 10 m/s

BÀI TẬP TƯƠNG TỰ

1 Tính gia tốc của các chuyển động sau :

dừng lại sau 10 giây

download by : skknchat@gmail9.com

sau 10 giây.

2 Một viên bi thả lăn trên mặt phẳng nghiêng không vận tốc đầu

với gia tốc là 0,1 m/s2 Hỏi sau bao lâu kể từ lúc thả viên bi có vận

tốc 2m/s

3 Một vật bắt đầu trượt từ đỉnh dốc đến chân dốc nhanh dần đều

hết 5 s và tại chân dốc vật có vận tốc 10m/s Nó tiếp tục chạy

đoạn

4 Một vật nằm ở chân dốc được đẩy chạy lên với vận tốc đầu là

10m/s Vật chuyển động chậm dần đều với gia tốc 4 m/s2.Tìm quãng

đường vật đi được khi lên dốc và thời gian đi hết quãng đường đó

5 Một ôtô chuyển động thẳng nhanh dần đều, sau 10s vận tốc

tăng từ 4m/s đến 6m/s Trong thời gian ấy xe đi được một đoạn đường

là bao nhiêu?

6 Một đầu tàu đang chạy với vận tốc 36km/h thì hãm phanh và

chuyển động chậm dần đều với gia tốc 0,5 m/s2 Tính quãng đường đi

của tàu trong 10s sau lúc hãm phanh

7 Một tàu hỏa bắt đầu rời ga, chuyển động nhanh dần đều với gia

tốc 0,1m/s2 Cần bao nhiêu thời gian để tàu đạt đến vận tốc 36km/h

và trong thời gian đó tàu đi được quãng đường bao nhiêu?

8 Một ôtô đang chuyển động với vận tốc 36km/h thì hãm phanh và

chuyển động chậm dần đều với gia tốc 2m/s2 Xác định đường đi

của xe sau khi hãm phanh 2s và cho đến khi dừng hẳn

9 Môt viên bi chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 0,2m/s2 và vận

tốc ban đầu bằng không Tính quãng đường đi được của bi trong thời

gian 3 giây và trong giây thứ ba

10 Cho đồ thị vận tốc của vật như hình vẽ: v(m/s)

a Xác định loại chuyển động và gia tốc trong

mỗi giai đọan

20 A

b Tính quãng đường vật đã đi được trong 56s

11 Một ôtô đang chuyển động đều với vận

tốc 36km/h thì xuống dốc chuyển động nhanh dần đều với gia tốc

0,1m/s2, đến cuối dốc đạt vận tốc 54km/h

a Tìm chiều dài dốc và thời gian đi hết dốc

b Tại chân dốc xe bắt đầu hãm phanh, CĐCDĐ sau 10s dừng lại Tìm quãng đường đi được và gia tốc của giai đoạn CĐCDĐ

12 Thang máy bắt đầu đi lên theo 3 giai đoạn: Nhanh dần đều không

vận tốc đầu với gia tốc 2m/s2 trong 1s Đều trong 5s tiếp theo.Chuyển

động chậm dần đều cho đến khi dừng lại hết 2s Tìm :

mà thang máy đi được

18km/h Trong giây thứ năm vật đi được quãng đường 5,45m.Tìm :

s